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Robotiktraining ohne Programmierung Wie ein neuartiger Sensorgriff die Cobots einfacher schult

Von Manuel Christa 2 min Lesedauer

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Massachusetts Institute of Technology
Bürklin GmbH & Co. KG
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Roboter lernen künftig durch Zuschauen, Anfassen oder Fernsteuerung: Ein neu entwickeltes Interface von MIT-Ingenieuren bringt Maschinen ohne Programmieren die Befehle bei.

Versatile Demonstration Interface (VDI): Der handgeführte Sensoraufsatz erfasst Bewegungen und Kräfte beim Vormachen einer Aufgabe, der Roboter lernt durch Zuschauen.(Bild: MIT/Mit freundlicher Genehmigung der Forscher (cc by-nc-nd 3.0))
Versatile Demonstration Interface (VDI): Der handgeführte Sensoraufsatz erfasst Bewegungen und Kräfte beim Vormachen einer Aufgabe, der Roboter lernt durch Zuschauen.
(Bild: MIT/Mit freundlicher Genehmigung der Forscher (cc by-nc-nd 3.0))

Roboter sollen zukünftig noch einfacher vom Menschen lernen können. Und zwar mit einem handgeführten Trainingswerkzeug, das an Cobots angeschlossen werden kann. (Link zum Paper) Es erlaubt drei alternative Trainingsmethoden: Fernsteuerung, kinästhetische Führung und Vorführung durch den Menschen.

Sensorgriff macht den Menschen zum Trainer

Das Interface besteht aus einem zweigeteilten Handstück mit Kamera, Bewegungssensoren und einer Kraftmesszelle. Die Montage erfolgt über einen Standardanschluss am Roboterarm. Wird der Griff entfernt, lässt sich eine Tätigkeit frei im Raum demonstrieren, während das System Bewegungen und Krafteinwirkungen aufzeichnet. Diese Aufzeichnungen dienen dem Roboter als Vorlage zur eigenständigen Ausführung.

Die Kamera erkennt die Werkzeugposition über AprilTags – visuelle Marker, ähnlich wie QR-Codes – und berechnet die Pose mit einem Kalman-Filter in Echtzeit. LEDs und Signaltöne geben Rückmeldung über Betriebsmodi oder Tracking-Verluste. Einige Testpersonen verdeckten dabei versehentlich die Kamera mit der Hand. Künftig sollen Hinweise zur richtigen Halteweise oder ein verschiebbarer Kamerasockel Abhilfe schaffen. Beim Führen am Arm agiert der Roboter im sogenannten Free-Drive-Modus, bei dem der Mensch die Bewegung vorgibt, während das System Kräfte aufzeichnet.

Erprobt im Fertigungsumfeld

Für eine erste Nutzungsstudie testeten die Forschenden das Interface mit neun Industrieexperten im Alter zwischen 33 und 69 Jahren. Die Teilnehmenden trainierten zwei Fertigungsaufgaben: das präzise Einpressen von Stiften in Bohrungen sowie das gleichmäßige Formen einer zähen Masse um eine Stange – vergleichbar mit Montage- und Thermoformprozessen.

Die Ergebnisse zeigen: Die meisten bevorzugten den Natural-Demonstration-Modus. Sechs der neun nutzten ihn am häufigsten. Ein Proband beschrieb das Werkzeug als „ähnlich wie ein Bleistift“, ein anderer als „wie ein manuelles Werkzeug“. Besonders geeignet fanden sie diese Methode für Aufgaben mit feinen, lokal begrenzten Bewegungen.

Flexibles Lernen für viele Aufgaben – mit Einschränkungen

Je nach Aufgabe variierte die bevorzugte Methode – vom Fernsteuern bei Gefahrstoffen bis zum intuitiven Vormachen bei kreativen Arbeiten. Dabei zeigten sich aber auch technische Grenzen: Der aktuelle Prototyp nutzt nur eine Kamera und eine einachsige Kraftmesszelle. Künftige Versionen sollen mit mehreren Kraftsensorachsen und drahtloser Elektronik ausgestattet werden, um etwa präzisere Bewegungsdaten oder mehr Mobilität zu ermöglichen.

„Wir wollen intelligente und fähige Teamkollegen schaffen, die effektiv mit Menschen zusammenarbeiten, um komplexe Aufgaben zu erledigen“, sagt Mike Hagenow, Postdoktorand am MIT. „Wir glauben, dass flexible Demonstrationstools nicht nur in der Produktion helfen, sondern auch in Bereichen wie Haushalt oder Pflege. “(mc)

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